表示装置
【課題】「３板方式」を採用した場合と同等の表示素子の小型化を実現しつつ、また、「３板方式」と同等の表示画像の画質を維持しつつ、「単板方式」を採用し、製造コストの低廉化が可能な表示装置を提供する。
【解決手段】光源１と、光源１からの照明光を少なくとも３つの原色成分Ｒ，Ｇ，Ｂに色分解するカラーフィルタ２と、カラーフィルタ２を経た原色光により照明され供給される画像データに応じて照明光を変調する反射型液晶表示デバイス６と、反射型液晶表示デバイス６を経た照明光を結像させる投射レンズ７とを備える。カラーフィルタ２は、各原色成分光Ｒ，Ｇ，Ｂを反射型液晶表示デバイス６におけるそれぞれ異なる画素６ａに同時に入射させるとともに、画像データの１フレーム期間内において、各画素６ａに対して全ての原色成分光Ｒ，Ｇ，Ｂを順次入射させる。
【解決手段】光源１と、光源１からの照明光を少なくとも３つの原色成分Ｒ，Ｇ，Ｂに色分解するカラーフィルタ２と、カラーフィルタ２を経た原色光により照明され供給される画像データに応じて照明光を変調する反射型液晶表示デバイス６と、反射型液晶表示デバイス６を経た照明光を結像させる投射レンズ７とを備える。カラーフィルタ２は、各原色成分光Ｒ，Ｇ，Ｂを反射型液晶表示デバイス６におけるそれぞれ異なる画素６ａに同時に入射させるとともに、画像データの１フレーム期間内において、各画素６ａに対して全ての原色成分光Ｒ，Ｇ，Ｂを順次入射させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反射型液晶表示デバイス等の空間光変調素子を用いて構成されるプロジェクタ、電子ビューファインダ（ＥＶＦ）、または、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）などの表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、映像を表示するための種々の表示装置が提案されているが、近年においては、表示装置における表示画面の大型化への要望が高まっている。表示画面の大型化は、特に、屋外における公衆向け表示（いわゆるパブリックビュー）や、管制業務用表示、または、ハイビジョン等の高精細映像の表示を行う表示装置において要望が高い。そして、大画面の映像表示が行える表示装置として、投射型の表示装置（プロジェクタ）が提案されている。
【０００３】
投射型の表示装置としては、特許文献１及び特許文献２に記載されているように、透過型の液晶表示デバイス（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）を用いた透過方式のものと、反射型の液晶表示デバイスを用いた反射方式のものとが提案されている。これらいずれの方式の表示装置でも、液晶表示デバイスを用いて構成され、この液晶表示デバイスを照明光により照明し、この照明光を液晶表示デバイスにより映像信号に対応させて画素単位で変調し、この液晶表示デバイスを経た変調光を結像させて、表示映像を得るようにしている。
【０００４】
図５は、反射型の液晶表示デバイスを用いた従来の表示装置の構成を示す側面図である。
【０００５】
反射型の液晶表示デバイスを用いた従来の表示装置は、図５に示すように、照明光Ｌを発生する光源１０１を有している。光源１０１から発せられた照明光Ｌは、偏光ビームスプリッタ１０２の偏光分離面１０２ａによって反射されて、反射型の液晶表示デバイス１０３に入射される。この液晶表示デバイス１０３は、内部に液晶が封入されて構成され、入射された照明光Ｌを映像信号に応じて偏光変調して反射する。液晶表示デバイス１０３により変調されて反射された変調光Ｌは、偏光ビームスプリッタ１０２に戻り、偏光ビームスプリッタ１０２の偏光分離面１０２ａを透過し、投射レンズ１０４に入射される。投射レンズ１０４は、変調光Ｌをスクリーン１０５上に投射し結像させることにより、このスクリーン１０５上に映像を表示する。
【０００６】
液晶表示デバイス１０３は、駆動基板１０６と透明な対向電極１０７との間に液晶ＬＣを封入して構成されている。駆動基板１０６の表面には、複数の反射型の画素電極（反射電極）１０８がマトリックス状に形成されている。この液晶表示デバイス１０３においては、各画素電極１０８が所定の画素間幅だけ離間されて縦横方向へマトリックス状に配列されていることにより、複数の画素がマトリックス状に縦横方向に配列されていることになる。
【０００７】
図６は、液晶表示デバイスにおける１つの画素を示す等価回路図である。
【０００８】
液晶表示デバイス１０３における１つの画素は、図６の等価回路図に示すように、例えば、ＭＯＳトランジスタよりなるスイッチングトランジスタＴｒと、このスイッチングトランジスタＴｒのドレインＤに接続される保持容量Ｃとを有し、ドレインＤが画素電極１０８にも接続されて構成されている。また、スイッチングトランジスタＴｒは、ソースＳが映像信号が伝送される信号線１０９に接続され、ゲートＧがゲート線１１０に接続されている。
【０００９】
この液晶表示デバイス１０３においては、信号線１０９に映像信号を印加した状態で、ゲート線１１０によりゲートＧをオンしてこの画素を周期的に選択することにより、映像信号が保持容量Ｃに蓄積される。すると、ゲートＧをオフしても、所定時間に亘って保持容量Ｃに蓄積された電荷が画素電極１０８に供給され、この画素の液晶ＬＣが駆動されることになる。
【００１０】
図７は、液晶表示デバイスの要部の構成を示す拡大断面図である。
【００１１】
前述したように、液晶表示デバイス４は、図７に示すように、駆動基板１０６と、対向電極１０７と、これらの間に封入された液晶ＬＣとを有して構成されている。駆動基板１０６は、例えばＰ型シリコン基板よりなる半導体基板１１１を有しており、この表面上にソースＳ、ドレインＤ及びゲートＧよりなるスイッチングトランジスタＴｒが形成されている。このトランジスタＴｒに隣接して保持容量Ｃが形成され、これらトランジスタＴｒ及び保持容量Ｃにより、画素電極１０８を駆動する駆動回路が構成されている。
【００１２】
駆動基板１０６の上層部にマトリックス状に配置された複数の画素電極１０８は、隣り合う画素電極１０８同士間に僅かな隙間１１２が形成されていることにより、互いに絶縁状態となっている。この隙間１１２の幅は、画素間幅となる。
【００１３】
そして、画素電極１０８と半導体基板１１１との間には、例えばＳｉＯ２よりなる絶縁層１１３を介して配線も兼ねる遮光層１１４が設けられている。この遮光層１１４は、隙間１１２を介して半導体基板１１１側へ入ってくる侵入光をできるだけ遮断するようになっている。この遮光層１１４は、例えば、アルミニウムやアルミニウム合金により形成される。
【００１４】
また、遮光層１１４と半導体基板１１１との間には、例えばＳｉＯ２よりなる絶縁層１１５を介して配線層１１６が形成されている。この配線層１１６は、複数に分割されており、一部は信号線としてスイッチングトランジスタＴｒのソースＳに接続され、他の一部はドレインＤと保持容量Ｃとを接続するとともに、遮光層１１４を介して画素電極１０８へも接続されている。そして、画素電極１０８の上面には、配向膜１１７が形成されている。
【００１５】
一方、対向電極１０７は、例えば、透明なガラス板よりなる透明基板１１８の下面に形成されており、この対向電極１０７の下面にも、配向膜１１９が形成されている。そして、駆動基板１０６と対向電極１０７付きの透明基板１１８との間に図示しないスペーサを介して、液晶ＬＣが封入されることにより、液晶表示デバイス１０３が構成される。なお、駆動基板１０６と対向電極１０７付きの透明基板１１８との間にスペーサを設けない構成であってもよい。
【００１６】
このような反射型の液晶表示デバイス１０３は、スイッチングトランジスタＴｒ及び保持容量Ｃからなる駆動回路を画素電極１０８の下方（裏側）に形成することができるため、透過式の液晶表示デバイスと比較して、開口率を大きくとることができるという効果がある。開口率とは、光変調に係わる画素領域が表示領域全面に対して占める割合である。なお、この効果は、画素の大きさが小さくなるほど、顕著になる。したがって、反射型の液晶表示デバイス１０３は、透過型の液晶表示デバイスに比較して、より小さい面積で高解像度の映像表示が可能となるという利点がある。このような反射型の液晶表示デバイス１０３は、投射型の表示装置（プロジェクタ）やヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）などに用いた場合に、極めて高精細な映像を表示することができる。
【００１７】
そして、このような表示装置においては、カラー画像を表示するための種々の方式が提案され、また、実用化されている。例えば、特許文献３に記載されているように、前述した液晶表示デバイスを３枚用いて、これら液晶表示デバイスを、赤（Ｒ）、青（Ｂ）及び縁（Ｇ）の３原色の光により照明し、各液晶表示デバイスを経た各色の光を重ね合わせて結像させることによりカラー画像を得る「３板方式」の表示装置が提案されている。
【００１８】
また、特許文献４に記載されているように、１枚の液晶表示デバイスを、Ｒ、Ｇ及びＢの３原色の光により時分割的に順次照明し、各色の光を重ね合わせて結像させ、この画像を見ている人間の脳内で積分されてカラー画像に見えるようにした「フィールドシーケンシャル単板方式」の表示装置が提案されている。
【００１９】
さらに、カラーフィルタを用いて、液晶表示デバイスの各画素を、赤（Ｒ）、青（Ｂ）及び縁（Ｇ）の３原色の光により照明し、各画素を経た各色の光を重ね合わせて結像させることによりカラー画像を得る「単板方式」の表示装置が提案されている。
【００２０】
【特許文献１】特開２０００−１９３９９４公報
【特許文献２】特開２００３−１８５９７２公報
【特許文献３】特許第３６１７６９２号公報
【特許文献４】特許第３５１４１９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
ところで、前述のような表示装置において、「３板方式」は、「単板方式」に比べて光の利用効率が高く、優れた方式といえる。しかし、「３板方式」においては、液晶表示デバイス等の表示素子を「単板方式」に対する３倍の枚数用いる必要があり、また、色合成光学系を用いる必要があるために構成が複雑となるので、装置構成の小型化や製造コストの低廉化の観点からは、「単板方式」に劣ることになる。
【００２２】
一方、「単板方式」においては、「フィールドシーケンシャル単板方式」を採った場合、例えば、図８に示すように、白色光源からの照明光のうち、所定の色の光のみが順次通過されるようにカラーホイール１２０を回転させて、照明光をコントロールする。そのため、一の色成分（例えば、赤色光）を透過させているときには、他の二の色成分（例えば、青色光及び緑色光）の成分は使用されず、無駄になってしまうので、光の利用効率が低い。
【００２３】
また、「フィールドシーケンシャル単板方式」においては、１フレームを３つのサブフレームに分割して、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色画像を順次表示したとき、表示画像を正視している場合には、問題なくカラー画像を観察することができる。しかし、この場合、瞬きや視点移動をした際には、瞬間的に一つのサブフレームのみが視野に入ってしまい表示画像に不必要な単色が加わって見えてしまうことがあり、このような「色割れ現象」が問題となっている。
【００２４】
このような「色割れ現象」を回避するためには、図９に示すように、表示素子１０３にカラーフィルタ１２１を設けた「単板方式」が考えられる。この方式においては、「色割れ現象」は発生しないが、「３板方式」や「フィールドシーケンシャル単板方式」に比較して、等しい画質の画像を表示するためには、３倍の画素数が必要になる。例えば、図１０に示すように、表示素子としてＤＭＤ（Digital Mirror Device）を用いた「フィールドシーケンシャル単板方式」においては、それぞれ１画素となるマイクロミラー１２２がＲ、Ｇ、Ｂの各色画像に使用されるが、カラーフィルタを用いた「単板方式」では、それぞれの１画素はＲ、Ｇ、Ｂのうちのいずれかの色にしか使用されない。したがって、カラーフィルタを用いた「単板方式」においては、表示素子の小型化が困難となる。
【００２５】
液晶表示デバイスのような、いわゆるマイクロディスプレイにおいては、表示素子の小型化は重要な課題であり、装置構成の小型化のみならず、製造プロセスにおける多数個取りや歩留まり向上による製造コストの低廉化という効果を生ずるものである。
【００２６】
そこで、本発明は、前述の実情に鑑みて提案されるものであって、「３板方式」を採用した場合と同等の表示素子の小型化を実現しつつ、また、「３板方式」と同等の表示画像の画質を維持しつつ、「単板方式」を採用し、製造コストの低廉化が可能な表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
前述の課題を解決し、前記目的を達成するため、本発明に係る表示装置は、以下の構成のいずれか一を有するものである。
【００２８】
〔構成１〕
少なくとも３つの原色成分を含む照明光を発する光源と、光源からの照明光を少なくとも３つの原色成分に色分解する色分解手段と、色分解手段を経た原色光により照明され供給される画像データに応じて照明光を変調する空間光変調素子と、空間光変調素子を経た変調光を結像させる結像手段とを備え、色分解手段は、照明光から色分解した各原色成分光を空間光変調素子におけるそれぞれ異なる画素に同時に入射させるとともに、画像データの１フレーム期間内において、空間光変調素子の各画素に対して全ての原色成分光を順次入射させ、空間光変調素子は、各画素に入射された原色成分光に応じた画像データに基づく変調を各画素において行うことを特徴とするものである。
【００２９】
すなわち、本発明に係る表示装置は、「単枚方式」でありながら、「フィールドシーケンシャル方式」及び従来の「カラーフィルタを用いた単板方式」の双方の欠点を補うものであり、表示画面全体については、照明光から色分解した各原色成分光が空間光変調素子におけるそれぞれ異なる画素に同時に入射され、画素ごとに異なる原色光が入射されるため、「色割れ現象」が生ずることがなく、また、画像データの１フレーム期間内において空間光変調素子の各画素に対して全ての原色成分光が順次入射されることにより、各画素に着目すれば、「フィールドシーケンシャル方式」によるカラー表示が行われる。
【００３０】
したがって、空間光変調素子の各画素には、３色以上の原色光が入射されることになるので、「３板方式」と同等の高精細な画像を表示することができる。
【００３１】
〔構成２〕
構成１を有する表示装置において、色分解手段は、各原色成分光のいずれかを透過させる複数の色フィルタからなりこれら色フィルタが空間光変調素子における各画素に対応されたカラーフィルタを有し、このカラーフィルタを画像データの１フレーム期間を周期として、駆動手段により面内方向に移動操作させることによって、空間光変調素子の各画素に対して全ての原色成分光を順次入射させることを特徴とするものである。
【００３２】
ここで、カラーフィルタには、一般的な顔料分散カラーフィルタのみならず、体積ホログラムも含まれる。カラーフィルタとして顔料分散カラーフィルタを用いると、各色フィルタを光線が通過する際に不要な色が吸収され、光量が低下することがあるが、体積ホログラムを用いると、各原色光が分光されて分離されるので、照明光の利用効率を大幅に向上させることができる。
【００３３】
〔構成３〕
構成１を有する表示装置において、色分解手段は、各原色成分光を異なる射出角度で射出させるとともに、これら原色成分光をマイクロレンズを介して空間光変調素子における各画素に入射させ、各原色成分光の射出角度を、画像データの１フレーム期間を周期として、変化させることによって、空間光変調素子の各画素に対して全ての原色成分光を順次入射させることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００３４】
本発明に係る表示装置は、構成１を有することにより、色分解手段は、照明光から色分解した各原色成分光を空間光変調素子におけるそれぞれ異なる画素に同時に入射させるとともに、画像データの１フレーム期間内において、空間光変調素子の各画素に対して全ての原色成分光を順次入射させるので、「単枚方式」でありながら、「フィールドシーケンシャル方式」及び従来の「カラーフィルタを用いた単板方式」の双方の欠点を補うことができる。
【００３５】
すなわち、この表示装置においては、表示画面全体については、照明光から色分解した各原色成分光が空間光変調素子におけるそれぞれ異なる画素に同時に入射され、画素ごとに異なる原色光が入射されるため、「色割れ現象」が生ずることがなく、また、画像データの１フレーム期間内において空間光変調素子の各画素に対して全ての原色成分光が順次入射されることにより、各画素に着目すれば、「フィールドシーケンシャル方式」によるカラー表示が行われる。
【００３６】
また、本発明に係る表示装置は、構成２を有することにより、色分解手段は、各原色成分光のいずれかを透過させる複数の色フィルタからなりこれら色フィルタが空間光変調素子における各画素に対応されたカラーフィルタを有し、このカラーフィルタを画像データの１フレーム期間を周期として、駆動手段により面内方向に移動操作させることによって、空間光変調素子の各画素に対して全ての原色成分光を順次入射させるので、「単枚方式」でありながら、「フィールドシーケンシャル方式」及び従来の「カラーフィルタを用いた単板方式」の双方の欠点を補ったカラー表示を行うことができる。
【００３７】
ここで、カラーフィルタには、一般的な顔料分散カラーフィルタのみならず、体積ホログラムも含まれる。カラーフィルタとして顔料分散カラーフィルタを用いると、各色フィルタを光線が通過する際に不要な色が吸収され、光量が低下することがあるが、体積ホログラムを用いると、各原色光が分光されて分離されるので、照明光の利用効率を大幅に向上させることができる。
【００３８】
そして、本発明に係る表示装置は、構成３を有することにより、色分解手段は、各原色成分光を異なる射出角度で射出させるとともに、これら原色成分光をマイクロレンズを介して空間光変調素子における各画素に入射させ、各原色成分光の射出角度を画像データの１フレーム期間を周期として変化させることによって、空間光変調素子の各画素に対して全ての原色成分光を順次入射させるので、「単枚方式」でありながら、「フィールドシーケンシャル方式」及び従来の「カラーフィルタを用いた単板方式」の双方の欠点を補ったカラー表示を行うことができる。
【００３９】
すなわち、本発明は、「３板方式」を採用した場合と同等の表示素子の小型化を実現しつつ、また、「３板方式」と同等の表示画像の画質を維持しつつ、「単板方式」を採用し、製造コストの低廉化が可能な表示装置を提供することができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。
【００４１】
〔第１の実施の形態〕
図１は、本発明に係る第１の実施の形態における表示装置の構成を示す断面図である。
【００４２】
本発明に係る表示装置は、図１に示すように、少なくとも３つの原色成分（例えば、Ｒ（赤色）光、Ｇ（緑色）光及びＢ（青色）光）を含む照明光を発する光源１を有している。このような光源１としては、白色光を発する超高圧水銀ランプ（ＵＨＰランプ）やキセノンランプ、その他のハロゲンランプ等が挙げられる。
【００４３】
光源１から発せられた照明光は、この照明光を少なくとも３つの原色成分（例えば、Ｒ（赤色）光、Ｇ（緑色）光及びＢ（青色）光）に色分解する色分解手段を構成するカラーフィルタ２に入射される。このカラーフィルタ２は、駆動機構３によって、面内方向に往復移動操作されるようになっている。
【００４４】
駆動機構３としては、リニアアクチュエータを用いることができる。例えば、ピエゾ素子を使用したリニアアクチュエータを駆動機構３として用いることにより、１ミリ秒間隔で隣接する画素６ａヘ各原色成分光の結像位置を移動させることができる。
【００４５】
駆動機構３は、カラーフィルタ２を、およそ１／３フレームずつの周期で、各原色成分光を各画素６ａに入射させる所定位置において保持する。これらの所定位置間を移動する間、すなわち、各原色成分光を各画素６ａに入射させない状態においては、正規の画素６ａに到達しない照明光の反射光が表示画像に混入し、混色が生じて表示画像が劣化することがある。
【００４６】
そこで、各原色成分光が各画素６ａに入射されないカラーフィルタ２の移動期間においては、光源１の発光輝度を落とすことが望ましい。例えば、光源１の発光輝度は、４．５ミリ秒間の保持期間と、１ミリ秒間の非発光期間とを繰り返すようにする。駆動機構３は、１ミリ秒間の非発光期間において、カラーフィルタ２を次の所定位置まで移動させる。光源１としてレーザ光源を用いた場合には、表示画像のフレーム周期に同期させて発光強度を変調させることは容易である。また、光源１としてキセノンランプ等の白色光源を用いた場合には、回転ホイールを用いた光チョッパ等を用いることにより、表示画像のフレーム周期に同期させて照明光の強度を変化させることができる。
【００４７】
カラーフィルタ２を経た各原色光は、リレーレンズ４及びビームスプリッタ５を経て、空間光変調素子となる反射型液晶表示デバイス６を照明する。この反射型液晶表示デバイス６は、供給される画像データに応じて、入射された照明光を変調して反射する。
【００４８】
反射型液晶表示デバイス６は、前述した従来の表示装置において使用されているものと同様のものであり、駆動基板と透明な対向電極との間に液晶を封入して構成されている。駆動基板の表面には、複数の反射型の画素電極（反射電極）がマトリックス状に形成されている。この反射型液晶表示デバイスにおいては、各画素電極が所定の画素間幅（ピッチ）だけ離間されて縦横方向へマトリックス状に配列されていることにより、複数の画素がマトリックス状に縦横方向に配列されていることになる。
【００４９】
反射型液晶表示デバイス６により反射された変調光は、ビームスプリッタ５に戻り、このビームスプリッタ５を透過することにより、光源１からの照明光の入射光路とは異なる光路に分岐されて、結像手段となる投射レンズ７に入射される。この投射レンズ７は、入射された変調光を、図示しないスクリーン上に結像させ、このスクリーン上に反射型液晶表示デバイス６の表示面の実像を形成する。
【００５０】
反射型液晶表示デバイス６において変調されなかった照明光の一部が、ビームスプリッタ５を透過して投射レンズ７に入射する可能性があるが、そのような光は、図示しない偏光板によってカットするようにすれば、表示画像の品質が劣化することはない。
【００５１】
なお、この表示装置は、結像手段がスクリーン上に反射型液晶表示デバイス６の表示面の実像を結像させる場合には、投射型の表示装置（プロジェクタ）となり、結像手段が反射型液晶表示デバイス６の表示面の虚像を結像させる場合には、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）や電子ビューファインダ（ＥＶＦ）等となる。
【００５２】
図２は、本発明に係る第１の実施の形態における表示装置の動作原理を説明するための図である。本実施の形態では、反射型液晶表示デバイス６を用いて説明しているので、その構成図に沿って説明すると、光路が重複して複雑なものとなるので、図２においては、反射型液晶表示デバイス６の動作を基に説明する。
【００５３】
図２（Ａ）に示すように、この表示装置において、カラーフィルタ２は、駆動機構３による面内方向の往復移動動作矢印Ｍにより光源１からの照明光から色分解した各原色成分光（Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光）を反射型液晶表示デバイス６に入射させるようになっている。図２（Ｂ）において、（ａ），（ｂ），（ｃ）はシーケンシャルタイミングにそれぞれ相当し、（ａ）→（ｂ）→（ｃ）→（ａ）とタイミング遷移させている。そして、図２（Ｂ）の上段は反射型液晶表示デバイス６を入射側から見た図（反射型液晶表示デバイス６上にカラーフィルタ２で各原色成分光（Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光）に色分解された成分光が入射された状態を図示している）、図２（Ｂ）の下段は反射型液晶表示デバイス６の断面図を示している。
【００５４】
ここで、図２（Ａ）（Ｂ）に示すように、カラーフィルタ２はマトリクス状に配列された画素に対して１列毎にＲ，Ｇ，Ｂとなるストライプ状の例を用いており、その配列に応じて反射型液晶表示デバイス６上の各画素６ａも１列毎にストライプ状にグループ分けを行い、その列毎に駆動するようにしている。
【００５５】
すなわち、反射型液晶表示デバイス６における全画素６ａの概ね１／３に対して、第１の原色光（Ｒ光）が入射され、次の概ね１／３に対して、第２の原色光（Ｇ光）が入射され、残る概ね１／３に対して、第３の原色光（Ｂ光）が入射される。これら各原色光が入射される画素６ａの位置は、それぞれの原色光について、表示画面全体に均等に分散していることが好ましい。すなわち、一つの原色光が表示画面中のある領域に集中するのではなく、各原色光のいずれもが表示画面全体に均等に分散し、例えば上述のように、隣接する１画素ごとに異なる原色光が入射されるようにすることが好ましい。
【００５６】
そこで、この表示装置においては、カラーフィルタ２が駆動機構３によって面内方向に往復移動操作されるようにすることにより、画像データの１フレーム期間内において、反射型液晶表示デバイス６の各画素６ａに対して、全ての原色成分光（Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光）が１列毎を単位として順次入射される。そして、反射型液晶表示デバイス６は、各画素６ａに入射された原色成分光に応じた画像データに基づく変調を、各画素６ａにおいて行う。
【００５７】
カラーフィルタ２としては、各原色成分光（Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光）のいずれかを透過させる複数の色フィルタ（顔料分散色フィルタ）からなるものを用いることができる。このカラーフィルタ２は、駆動機構３により画像データの１フレーム期間を周期として面内方向に往復移動操作されることによって、反射型液晶表示デバイス６の各画素６ａに対して、全ての原色成分光（Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光）を順次入射させる。
【００５８】
このようにして、この表示装置においては、反射型液晶表示デバイス６の表示画面全体については、各原色成分光（Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光）がそれぞれ異なる画素６ａに同時に入射され、画素６ａごとに異なる原色光が入射されるため、「色割れ現象」が生ずることがなく、また、画像データの１フレーム期間内において反射型液晶表示デバイス６の各画素６ａに対して全ての原色成分光（Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光）が順次入射されることにより、各画素６ａについては、「フィールドシーケンシャル方式」によるカラー表示が行われる。
【００５９】
このことを分かりやすく説明すると、図２（Ｂ）において（ａ），（ｂ），（ｃ）にそれぞれ最大値の各原色成分光（Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光）が入射された場合、その合成光は図２（Ｃ）に示すように各原色成分光（Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光）の合成色となり白色Ｗを表示することができる。
【００６０】
したがって、この表示装置においては、反射型液晶表示デバイス６の各画素６ａには、各原色成分光（Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光）が入射されることになるので、「３板方式」と同等の高精細な画像を表示することができ、「単枚方式」でありながら、「フィールドシーケンシャル方式」及び従来の「カラーフィルタを用いた単板方式」の双方の欠点を補うものである。
【００６１】
〔第２の実施の形態〕
図３は、本発明に係る第２の実施の形態における表示装置のフィルタの構成の原理を示す断面図である。
【００６２】
この表示装置におけるカラーフィルタ２としては、図３に示すように、各原色成分光（Ｒ光，Ｇ光，Ｂ光）を異なる射出角度で射出させるものとしてもよい。すなわち、カラーフィルタ２としては、体積型ホログラム２ａを用いることもできる。カラーフィルタ２として体積型ホログラム２ａを用いることにより、光源１からの照明光は、各原色成分光（Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光）に分光され、それぞれが反射型液晶表示デバイス６の各画素６ａ上に集光される。
【００６３】
体積型ホログラム２ａにおいては、各原色成分光のエネルギが大きなロスを生ずることなく分光され、変調光として画像表示に寄与することになるので、照明光の利用効率を向上させることができる。
【００６４】
各原色成分光への分光及び各画素６ａ上への結像を正確に行うためには、光源１からの照明光における各原色成分光の中心波長からの半値幅は、極力狭い方が望ましい。また、体積ホログラム２ａの性質上、図３に示すように、波長により照明光の入射角度を変えると、さらに集光効率を上げることができる。
【００６５】
これらのことから、カラーフィルタ２として体積型ホログラム２ａを用いる場合には、照明光として、白色光ではなくレーザ光を用いることが望ましい。照明光としてレーザ光を用いることにより、照明光の分光特性が理想的な複数の単色光となり、また、各波長の照明光の入射角度をそれぞれ最適角度とすることができ、体積ホログラム２ａの特徴を利用した良好な分光を行うことができる。
【００６６】
ところで、カラーフィルタ２は、図１に示すように、駆動機構３により面内方向に往復移動操作されるため、反射型液晶表示デバイス６に対する相対位置がずれることになるため、反射型液晶表示デバイス６内に組み込むことはできない。体積ホログラム２ａによって分光された各原色成分光が結像される位置間の距離は、図３に示すように、反射型液晶表示デバイス６における画素ピッチのせいぜい数倍程度であり、体積ホログラム２ａと反射型液晶表示デバイス６とを離間させて配置した場合には、図１に示すように、カラーフィルタ２の位置に体積ホログラム２ａを配置し、この体積ホログラム２ａと反射型液晶表示デバイス６との間にリレーレンズ４を介することにより、各画素６ａ上に各原色成分光を結像させることができる。
【００６７】
なお、この第２の実施の形態のように、カラーフィルタ２として体積ホログラム２ａを用いる場合には、駆動機構３は、この体積ホログラム２ａを面内方向に往復移動操作するものに限定されず、カラーフィルタ２を傾斜させるものであってもよい。この場合には、駆動機構３は、体積ホログラム２ａを傾斜なく保持する状態、一方側に傾斜させて保持する状態、及び、他方側に傾斜させて保持する状態を順次繰り返すことになる。
【００６８】
〔第３の実施の形態〕
図４は、本発明に係る第３の実施の形態における表示装置の構成を示す断面図である。
【００６９】
本発明に係る表示装置における色分解手段として、各原色成分光を異なる射出角度で射出させるものを用いた場合において、これら各原色成分光は、図４に示すように、マイクロレンズ８を介して反射型液晶表示デバイス６における各画素６ａに入射させることができる。
【００７０】
この場合には、光源１からの照明光の入射角度を変化させることにより、反射型液晶表示デバイス６の各画素６ａに対して、各原色成分光を順次入射させることができる。
【００７１】
各マイクロレンズ８は、反射型液晶表示デバイス６の入射面に形成されており、各原色成分光が角度Ａから反射型液晶表示デバイス６に入射することにより、各画素６ａ上に各原色成分光が集光される。そして、照明光の入射角度が変化し、各原色成分光が角度Ｂから反射型液晶表示デバイス６に入射するときには、各画素６ａ上には、各原色成分光が一画素ピッチ分ずれて集光される。このようにして、反射型液晶表示デバイス６の各画素６ａには、各原色成分光が順次入射される。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明に係る第１の実施の形態における表示装置の構成を示す断面図である。
【図２】本発明に係る第１の実施の形態における表示装置の動作原理を示す断面図である。
【図３】本発明に係る第２の実施の形態における表示装置のフィルタの構成の原理を示す断面図である。
【図４】本発明に係る第３の実施の形態における表示装置の構成を示す断面図である。
【図５】反射型の液晶表示デバイスを用いた従来の表示装置の構成を示す側面図である。
【図６】液晶表示デバイスにおける１つの画素を示す等価回路図である。
【図７】液晶表示デバイスの要部の構成を示す拡大断面図である。
【図８】「フィールドシーケンシャル方式」の動作原理を示す斜視図である。
【図９】「カラーフィルタを用いた単板方式」における表示素子の構成を示す断面図である。
【図１０】「フィールドシーケンシャル方式」における表示素子の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００７３】
１ 光源
２ カラーフィルタ
２ａ 体積ホログラム
３ 駆動機構
４ リレーレンズ
５ ビームスプリッタ
６ 反射型液晶表示デバイス
７ 投射レンズ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反射型液晶表示デバイス等の空間光変調素子を用いて構成されるプロジェクタ、電子ビューファインダ（ＥＶＦ）、または、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）などの表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、映像を表示するための種々の表示装置が提案されているが、近年においては、表示装置における表示画面の大型化への要望が高まっている。表示画面の大型化は、特に、屋外における公衆向け表示（いわゆるパブリックビュー）や、管制業務用表示、または、ハイビジョン等の高精細映像の表示を行う表示装置において要望が高い。そして、大画面の映像表示が行える表示装置として、投射型の表示装置（プロジェクタ）が提案されている。
【０００３】
投射型の表示装置としては、特許文献１及び特許文献２に記載されているように、透過型の液晶表示デバイス（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）を用いた透過方式のものと、反射型の液晶表示デバイスを用いた反射方式のものとが提案されている。これらいずれの方式の表示装置でも、液晶表示デバイスを用いて構成され、この液晶表示デバイスを照明光により照明し、この照明光を液晶表示デバイスにより映像信号に対応させて画素単位で変調し、この液晶表示デバイスを経た変調光を結像させて、表示映像を得るようにしている。
【０００４】
図５は、反射型の液晶表示デバイスを用いた従来の表示装置の構成を示す側面図である。
【０００５】
反射型の液晶表示デバイスを用いた従来の表示装置は、図５に示すように、照明光Ｌを発生する光源１０１を有している。光源１０１から発せられた照明光Ｌは、偏光ビームスプリッタ１０２の偏光分離面１０２ａによって反射されて、反射型の液晶表示デバイス１０３に入射される。この液晶表示デバイス１０３は、内部に液晶が封入されて構成され、入射された照明光Ｌを映像信号に応じて偏光変調して反射する。液晶表示デバイス１０３により変調されて反射された変調光Ｌは、偏光ビームスプリッタ１０２に戻り、偏光ビームスプリッタ１０２の偏光分離面１０２ａを透過し、投射レンズ１０４に入射される。投射レンズ１０４は、変調光Ｌをスクリーン１０５上に投射し結像させることにより、このスクリーン１０５上に映像を表示する。
【０００６】
液晶表示デバイス１０３は、駆動基板１０６と透明な対向電極１０７との間に液晶ＬＣを封入して構成されている。駆動基板１０６の表面には、複数の反射型の画素電極（反射電極）１０８がマトリックス状に形成されている。この液晶表示デバイス１０３においては、各画素電極１０８が所定の画素間幅だけ離間されて縦横方向へマトリックス状に配列されていることにより、複数の画素がマトリックス状に縦横方向に配列されていることになる。
【０００７】
図６は、液晶表示デバイスにおける１つの画素を示す等価回路図である。
【０００８】
液晶表示デバイス１０３における１つの画素は、図６の等価回路図に示すように、例えば、ＭＯＳトランジスタよりなるスイッチングトランジスタＴｒと、このスイッチングトランジスタＴｒのドレインＤに接続される保持容量Ｃとを有し、ドレインＤが画素電極１０８にも接続されて構成されている。また、スイッチングトランジスタＴｒは、ソースＳが映像信号が伝送される信号線１０９に接続され、ゲートＧがゲート線１１０に接続されている。
【０００９】
この液晶表示デバイス１０３においては、信号線１０９に映像信号を印加した状態で、ゲート線１１０によりゲートＧをオンしてこの画素を周期的に選択することにより、映像信号が保持容量Ｃに蓄積される。すると、ゲートＧをオフしても、所定時間に亘って保持容量Ｃに蓄積された電荷が画素電極１０８に供給され、この画素の液晶ＬＣが駆動されることになる。
【００１０】
図７は、液晶表示デバイスの要部の構成を示す拡大断面図である。
【００１１】
前述したように、液晶表示デバイス４は、図７に示すように、駆動基板１０６と、対向電極１０７と、これらの間に封入された液晶ＬＣとを有して構成されている。駆動基板１０６は、例えばＰ型シリコン基板よりなる半導体基板１１１を有しており、この表面上にソースＳ、ドレインＤ及びゲートＧよりなるスイッチングトランジスタＴｒが形成されている。このトランジスタＴｒに隣接して保持容量Ｃが形成され、これらトランジスタＴｒ及び保持容量Ｃにより、画素電極１０８を駆動する駆動回路が構成されている。
【００１２】
駆動基板１０６の上層部にマトリックス状に配置された複数の画素電極１０８は、隣り合う画素電極１０８同士間に僅かな隙間１１２が形成されていることにより、互いに絶縁状態となっている。この隙間１１２の幅は、画素間幅となる。
【００１３】
そして、画素電極１０８と半導体基板１１１との間には、例えばＳｉＯ２よりなる絶縁層１１３を介して配線も兼ねる遮光層１１４が設けられている。この遮光層１１４は、隙間１１２を介して半導体基板１１１側へ入ってくる侵入光をできるだけ遮断するようになっている。この遮光層１１４は、例えば、アルミニウムやアルミニウム合金により形成される。
【００１４】
また、遮光層１１４と半導体基板１１１との間には、例えばＳｉＯ２よりなる絶縁層１１５を介して配線層１１６が形成されている。この配線層１１６は、複数に分割されており、一部は信号線としてスイッチングトランジスタＴｒのソースＳに接続され、他の一部はドレインＤと保持容量Ｃとを接続するとともに、遮光層１１４を介して画素電極１０８へも接続されている。そして、画素電極１０８の上面には、配向膜１１７が形成されている。
【００１５】
一方、対向電極１０７は、例えば、透明なガラス板よりなる透明基板１１８の下面に形成されており、この対向電極１０７の下面にも、配向膜１１９が形成されている。そして、駆動基板１０６と対向電極１０７付きの透明基板１１８との間に図示しないスペーサを介して、液晶ＬＣが封入されることにより、液晶表示デバイス１０３が構成される。なお、駆動基板１０６と対向電極１０７付きの透明基板１１８との間にスペーサを設けない構成であってもよい。
【００１６】
このような反射型の液晶表示デバイス１０３は、スイッチングトランジスタＴｒ及び保持容量Ｃからなる駆動回路を画素電極１０８の下方（裏側）に形成することができるため、透過式の液晶表示デバイスと比較して、開口率を大きくとることができるという効果がある。開口率とは、光変調に係わる画素領域が表示領域全面に対して占める割合である。なお、この効果は、画素の大きさが小さくなるほど、顕著になる。したがって、反射型の液晶表示デバイス１０３は、透過型の液晶表示デバイスに比較して、より小さい面積で高解像度の映像表示が可能となるという利点がある。このような反射型の液晶表示デバイス１０３は、投射型の表示装置（プロジェクタ）やヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）などに用いた場合に、極めて高精細な映像を表示することができる。
【００１７】
そして、このような表示装置においては、カラー画像を表示するための種々の方式が提案され、また、実用化されている。例えば、特許文献３に記載されているように、前述した液晶表示デバイスを３枚用いて、これら液晶表示デバイスを、赤（Ｒ）、青（Ｂ）及び縁（Ｇ）の３原色の光により照明し、各液晶表示デバイスを経た各色の光を重ね合わせて結像させることによりカラー画像を得る「３板方式」の表示装置が提案されている。
【００１８】
また、特許文献４に記載されているように、１枚の液晶表示デバイスを、Ｒ、Ｇ及びＢの３原色の光により時分割的に順次照明し、各色の光を重ね合わせて結像させ、この画像を見ている人間の脳内で積分されてカラー画像に見えるようにした「フィールドシーケンシャル単板方式」の表示装置が提案されている。
【００１９】
さらに、カラーフィルタを用いて、液晶表示デバイスの各画素を、赤（Ｒ）、青（Ｂ）及び縁（Ｇ）の３原色の光により照明し、各画素を経た各色の光を重ね合わせて結像させることによりカラー画像を得る「単板方式」の表示装置が提案されている。
【００２０】
【特許文献１】特開２０００−１９３９９４公報
【特許文献２】特開２００３−１８５９７２公報
【特許文献３】特許第３６１７６９２号公報
【特許文献４】特許第３５１４１９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
ところで、前述のような表示装置において、「３板方式」は、「単板方式」に比べて光の利用効率が高く、優れた方式といえる。しかし、「３板方式」においては、液晶表示デバイス等の表示素子を「単板方式」に対する３倍の枚数用いる必要があり、また、色合成光学系を用いる必要があるために構成が複雑となるので、装置構成の小型化や製造コストの低廉化の観点からは、「単板方式」に劣ることになる。
【００２２】
一方、「単板方式」においては、「フィールドシーケンシャル単板方式」を採った場合、例えば、図８に示すように、白色光源からの照明光のうち、所定の色の光のみが順次通過されるようにカラーホイール１２０を回転させて、照明光をコントロールする。そのため、一の色成分（例えば、赤色光）を透過させているときには、他の二の色成分（例えば、青色光及び緑色光）の成分は使用されず、無駄になってしまうので、光の利用効率が低い。
【００２３】
また、「フィールドシーケンシャル単板方式」においては、１フレームを３つのサブフレームに分割して、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色画像を順次表示したとき、表示画像を正視している場合には、問題なくカラー画像を観察することができる。しかし、この場合、瞬きや視点移動をした際には、瞬間的に一つのサブフレームのみが視野に入ってしまい表示画像に不必要な単色が加わって見えてしまうことがあり、このような「色割れ現象」が問題となっている。
【００２４】
このような「色割れ現象」を回避するためには、図９に示すように、表示素子１０３にカラーフィルタ１２１を設けた「単板方式」が考えられる。この方式においては、「色割れ現象」は発生しないが、「３板方式」や「フィールドシーケンシャル単板方式」に比較して、等しい画質の画像を表示するためには、３倍の画素数が必要になる。例えば、図１０に示すように、表示素子としてＤＭＤ（Digital Mirror Device）を用いた「フィールドシーケンシャル単板方式」においては、それぞれ１画素となるマイクロミラー１２２がＲ、Ｇ、Ｂの各色画像に使用されるが、カラーフィルタを用いた「単板方式」では、それぞれの１画素はＲ、Ｇ、Ｂのうちのいずれかの色にしか使用されない。したがって、カラーフィルタを用いた「単板方式」においては、表示素子の小型化が困難となる。
【００２５】
液晶表示デバイスのような、いわゆるマイクロディスプレイにおいては、表示素子の小型化は重要な課題であり、装置構成の小型化のみならず、製造プロセスにおける多数個取りや歩留まり向上による製造コストの低廉化という効果を生ずるものである。
【００２６】
そこで、本発明は、前述の実情に鑑みて提案されるものであって、「３板方式」を採用した場合と同等の表示素子の小型化を実現しつつ、また、「３板方式」と同等の表示画像の画質を維持しつつ、「単板方式」を採用し、製造コストの低廉化が可能な表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
前述の課題を解決し、前記目的を達成するため、本発明に係る表示装置は、以下の構成のいずれか一を有するものである。
【００２８】
〔構成１〕
少なくとも３つの原色成分を含む照明光を発する光源と、光源からの照明光を少なくとも３つの原色成分に色分解する色分解手段と、色分解手段を経た原色光により照明され供給される画像データに応じて照明光を変調する空間光変調素子と、空間光変調素子を経た変調光を結像させる結像手段とを備え、色分解手段は、照明光から色分解した各原色成分光を空間光変調素子におけるそれぞれ異なる画素に同時に入射させるとともに、画像データの１フレーム期間内において、空間光変調素子の各画素に対して全ての原色成分光を順次入射させ、空間光変調素子は、各画素に入射された原色成分光に応じた画像データに基づく変調を各画素において行うことを特徴とするものである。
【００２９】
すなわち、本発明に係る表示装置は、「単枚方式」でありながら、「フィールドシーケンシャル方式」及び従来の「カラーフィルタを用いた単板方式」の双方の欠点を補うものであり、表示画面全体については、照明光から色分解した各原色成分光が空間光変調素子におけるそれぞれ異なる画素に同時に入射され、画素ごとに異なる原色光が入射されるため、「色割れ現象」が生ずることがなく、また、画像データの１フレーム期間内において空間光変調素子の各画素に対して全ての原色成分光が順次入射されることにより、各画素に着目すれば、「フィールドシーケンシャル方式」によるカラー表示が行われる。
【００３０】
したがって、空間光変調素子の各画素には、３色以上の原色光が入射されることになるので、「３板方式」と同等の高精細な画像を表示することができる。
【００３１】
〔構成２〕
構成１を有する表示装置において、色分解手段は、各原色成分光のいずれかを透過させる複数の色フィルタからなりこれら色フィルタが空間光変調素子における各画素に対応されたカラーフィルタを有し、このカラーフィルタを画像データの１フレーム期間を周期として、駆動手段により面内方向に移動操作させることによって、空間光変調素子の各画素に対して全ての原色成分光を順次入射させることを特徴とするものである。
【００３２】
ここで、カラーフィルタには、一般的な顔料分散カラーフィルタのみならず、体積ホログラムも含まれる。カラーフィルタとして顔料分散カラーフィルタを用いると、各色フィルタを光線が通過する際に不要な色が吸収され、光量が低下することがあるが、体積ホログラムを用いると、各原色光が分光されて分離されるので、照明光の利用効率を大幅に向上させることができる。
【００３３】
〔構成３〕
構成１を有する表示装置において、色分解手段は、各原色成分光を異なる射出角度で射出させるとともに、これら原色成分光をマイクロレンズを介して空間光変調素子における各画素に入射させ、各原色成分光の射出角度を、画像データの１フレーム期間を周期として、変化させることによって、空間光変調素子の各画素に対して全ての原色成分光を順次入射させることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００３４】
本発明に係る表示装置は、構成１を有することにより、色分解手段は、照明光から色分解した各原色成分光を空間光変調素子におけるそれぞれ異なる画素に同時に入射させるとともに、画像データの１フレーム期間内において、空間光変調素子の各画素に対して全ての原色成分光を順次入射させるので、「単枚方式」でありながら、「フィールドシーケンシャル方式」及び従来の「カラーフィルタを用いた単板方式」の双方の欠点を補うことができる。
【００３５】
すなわち、この表示装置においては、表示画面全体については、照明光から色分解した各原色成分光が空間光変調素子におけるそれぞれ異なる画素に同時に入射され、画素ごとに異なる原色光が入射されるため、「色割れ現象」が生ずることがなく、また、画像データの１フレーム期間内において空間光変調素子の各画素に対して全ての原色成分光が順次入射されることにより、各画素に着目すれば、「フィールドシーケンシャル方式」によるカラー表示が行われる。
【００３６】
また、本発明に係る表示装置は、構成２を有することにより、色分解手段は、各原色成分光のいずれかを透過させる複数の色フィルタからなりこれら色フィルタが空間光変調素子における各画素に対応されたカラーフィルタを有し、このカラーフィルタを画像データの１フレーム期間を周期として、駆動手段により面内方向に移動操作させることによって、空間光変調素子の各画素に対して全ての原色成分光を順次入射させるので、「単枚方式」でありながら、「フィールドシーケンシャル方式」及び従来の「カラーフィルタを用いた単板方式」の双方の欠点を補ったカラー表示を行うことができる。
【００３７】
ここで、カラーフィルタには、一般的な顔料分散カラーフィルタのみならず、体積ホログラムも含まれる。カラーフィルタとして顔料分散カラーフィルタを用いると、各色フィルタを光線が通過する際に不要な色が吸収され、光量が低下することがあるが、体積ホログラムを用いると、各原色光が分光されて分離されるので、照明光の利用効率を大幅に向上させることができる。
【００３８】
そして、本発明に係る表示装置は、構成３を有することにより、色分解手段は、各原色成分光を異なる射出角度で射出させるとともに、これら原色成分光をマイクロレンズを介して空間光変調素子における各画素に入射させ、各原色成分光の射出角度を画像データの１フレーム期間を周期として変化させることによって、空間光変調素子の各画素に対して全ての原色成分光を順次入射させるので、「単枚方式」でありながら、「フィールドシーケンシャル方式」及び従来の「カラーフィルタを用いた単板方式」の双方の欠点を補ったカラー表示を行うことができる。
【００３９】
すなわち、本発明は、「３板方式」を採用した場合と同等の表示素子の小型化を実現しつつ、また、「３板方式」と同等の表示画像の画質を維持しつつ、「単板方式」を採用し、製造コストの低廉化が可能な表示装置を提供することができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。
【００４１】
〔第１の実施の形態〕
図１は、本発明に係る第１の実施の形態における表示装置の構成を示す断面図である。
【００４２】
本発明に係る表示装置は、図１に示すように、少なくとも３つの原色成分（例えば、Ｒ（赤色）光、Ｇ（緑色）光及びＢ（青色）光）を含む照明光を発する光源１を有している。このような光源１としては、白色光を発する超高圧水銀ランプ（ＵＨＰランプ）やキセノンランプ、その他のハロゲンランプ等が挙げられる。
【００４３】
光源１から発せられた照明光は、この照明光を少なくとも３つの原色成分（例えば、Ｒ（赤色）光、Ｇ（緑色）光及びＢ（青色）光）に色分解する色分解手段を構成するカラーフィルタ２に入射される。このカラーフィルタ２は、駆動機構３によって、面内方向に往復移動操作されるようになっている。
【００４４】
駆動機構３としては、リニアアクチュエータを用いることができる。例えば、ピエゾ素子を使用したリニアアクチュエータを駆動機構３として用いることにより、１ミリ秒間隔で隣接する画素６ａヘ各原色成分光の結像位置を移動させることができる。
【００４５】
駆動機構３は、カラーフィルタ２を、およそ１／３フレームずつの周期で、各原色成分光を各画素６ａに入射させる所定位置において保持する。これらの所定位置間を移動する間、すなわち、各原色成分光を各画素６ａに入射させない状態においては、正規の画素６ａに到達しない照明光の反射光が表示画像に混入し、混色が生じて表示画像が劣化することがある。
【００４６】
そこで、各原色成分光が各画素６ａに入射されないカラーフィルタ２の移動期間においては、光源１の発光輝度を落とすことが望ましい。例えば、光源１の発光輝度は、４．５ミリ秒間の保持期間と、１ミリ秒間の非発光期間とを繰り返すようにする。駆動機構３は、１ミリ秒間の非発光期間において、カラーフィルタ２を次の所定位置まで移動させる。光源１としてレーザ光源を用いた場合には、表示画像のフレーム周期に同期させて発光強度を変調させることは容易である。また、光源１としてキセノンランプ等の白色光源を用いた場合には、回転ホイールを用いた光チョッパ等を用いることにより、表示画像のフレーム周期に同期させて照明光の強度を変化させることができる。
【００４７】
カラーフィルタ２を経た各原色光は、リレーレンズ４及びビームスプリッタ５を経て、空間光変調素子となる反射型液晶表示デバイス６を照明する。この反射型液晶表示デバイス６は、供給される画像データに応じて、入射された照明光を変調して反射する。
【００４８】
反射型液晶表示デバイス６は、前述した従来の表示装置において使用されているものと同様のものであり、駆動基板と透明な対向電極との間に液晶を封入して構成されている。駆動基板の表面には、複数の反射型の画素電極（反射電極）がマトリックス状に形成されている。この反射型液晶表示デバイスにおいては、各画素電極が所定の画素間幅（ピッチ）だけ離間されて縦横方向へマトリックス状に配列されていることにより、複数の画素がマトリックス状に縦横方向に配列されていることになる。
【００４９】
反射型液晶表示デバイス６により反射された変調光は、ビームスプリッタ５に戻り、このビームスプリッタ５を透過することにより、光源１からの照明光の入射光路とは異なる光路に分岐されて、結像手段となる投射レンズ７に入射される。この投射レンズ７は、入射された変調光を、図示しないスクリーン上に結像させ、このスクリーン上に反射型液晶表示デバイス６の表示面の実像を形成する。
【００５０】
反射型液晶表示デバイス６において変調されなかった照明光の一部が、ビームスプリッタ５を透過して投射レンズ７に入射する可能性があるが、そのような光は、図示しない偏光板によってカットするようにすれば、表示画像の品質が劣化することはない。
【００５１】
なお、この表示装置は、結像手段がスクリーン上に反射型液晶表示デバイス６の表示面の実像を結像させる場合には、投射型の表示装置（プロジェクタ）となり、結像手段が反射型液晶表示デバイス６の表示面の虚像を結像させる場合には、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）や電子ビューファインダ（ＥＶＦ）等となる。
【００５２】
図２は、本発明に係る第１の実施の形態における表示装置の動作原理を説明するための図である。本実施の形態では、反射型液晶表示デバイス６を用いて説明しているので、その構成図に沿って説明すると、光路が重複して複雑なものとなるので、図２においては、反射型液晶表示デバイス６の動作を基に説明する。
【００５３】
図２（Ａ）に示すように、この表示装置において、カラーフィルタ２は、駆動機構３による面内方向の往復移動動作矢印Ｍにより光源１からの照明光から色分解した各原色成分光（Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光）を反射型液晶表示デバイス６に入射させるようになっている。図２（Ｂ）において、（ａ），（ｂ），（ｃ）はシーケンシャルタイミングにそれぞれ相当し、（ａ）→（ｂ）→（ｃ）→（ａ）とタイミング遷移させている。そして、図２（Ｂ）の上段は反射型液晶表示デバイス６を入射側から見た図（反射型液晶表示デバイス６上にカラーフィルタ２で各原色成分光（Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光）に色分解された成分光が入射された状態を図示している）、図２（Ｂ）の下段は反射型液晶表示デバイス６の断面図を示している。
【００５４】
ここで、図２（Ａ）（Ｂ）に示すように、カラーフィルタ２はマトリクス状に配列された画素に対して１列毎にＲ，Ｇ，Ｂとなるストライプ状の例を用いており、その配列に応じて反射型液晶表示デバイス６上の各画素６ａも１列毎にストライプ状にグループ分けを行い、その列毎に駆動するようにしている。
【００５５】
すなわち、反射型液晶表示デバイス６における全画素６ａの概ね１／３に対して、第１の原色光（Ｒ光）が入射され、次の概ね１／３に対して、第２の原色光（Ｇ光）が入射され、残る概ね１／３に対して、第３の原色光（Ｂ光）が入射される。これら各原色光が入射される画素６ａの位置は、それぞれの原色光について、表示画面全体に均等に分散していることが好ましい。すなわち、一つの原色光が表示画面中のある領域に集中するのではなく、各原色光のいずれもが表示画面全体に均等に分散し、例えば上述のように、隣接する１画素ごとに異なる原色光が入射されるようにすることが好ましい。
【００５６】
そこで、この表示装置においては、カラーフィルタ２が駆動機構３によって面内方向に往復移動操作されるようにすることにより、画像データの１フレーム期間内において、反射型液晶表示デバイス６の各画素６ａに対して、全ての原色成分光（Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光）が１列毎を単位として順次入射される。そして、反射型液晶表示デバイス６は、各画素６ａに入射された原色成分光に応じた画像データに基づく変調を、各画素６ａにおいて行う。
【００５７】
カラーフィルタ２としては、各原色成分光（Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光）のいずれかを透過させる複数の色フィルタ（顔料分散色フィルタ）からなるものを用いることができる。このカラーフィルタ２は、駆動機構３により画像データの１フレーム期間を周期として面内方向に往復移動操作されることによって、反射型液晶表示デバイス６の各画素６ａに対して、全ての原色成分光（Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光）を順次入射させる。
【００５８】
このようにして、この表示装置においては、反射型液晶表示デバイス６の表示画面全体については、各原色成分光（Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光）がそれぞれ異なる画素６ａに同時に入射され、画素６ａごとに異なる原色光が入射されるため、「色割れ現象」が生ずることがなく、また、画像データの１フレーム期間内において反射型液晶表示デバイス６の各画素６ａに対して全ての原色成分光（Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光）が順次入射されることにより、各画素６ａについては、「フィールドシーケンシャル方式」によるカラー表示が行われる。
【００５９】
このことを分かりやすく説明すると、図２（Ｂ）において（ａ），（ｂ），（ｃ）にそれぞれ最大値の各原色成分光（Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光）が入射された場合、その合成光は図２（Ｃ）に示すように各原色成分光（Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光）の合成色となり白色Ｗを表示することができる。
【００６０】
したがって、この表示装置においては、反射型液晶表示デバイス６の各画素６ａには、各原色成分光（Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光）が入射されることになるので、「３板方式」と同等の高精細な画像を表示することができ、「単枚方式」でありながら、「フィールドシーケンシャル方式」及び従来の「カラーフィルタを用いた単板方式」の双方の欠点を補うものである。
【００６１】
〔第２の実施の形態〕
図３は、本発明に係る第２の実施の形態における表示装置のフィルタの構成の原理を示す断面図である。
【００６２】
この表示装置におけるカラーフィルタ２としては、図３に示すように、各原色成分光（Ｒ光，Ｇ光，Ｂ光）を異なる射出角度で射出させるものとしてもよい。すなわち、カラーフィルタ２としては、体積型ホログラム２ａを用いることもできる。カラーフィルタ２として体積型ホログラム２ａを用いることにより、光源１からの照明光は、各原色成分光（Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光）に分光され、それぞれが反射型液晶表示デバイス６の各画素６ａ上に集光される。
【００６３】
体積型ホログラム２ａにおいては、各原色成分光のエネルギが大きなロスを生ずることなく分光され、変調光として画像表示に寄与することになるので、照明光の利用効率を向上させることができる。
【００６４】
各原色成分光への分光及び各画素６ａ上への結像を正確に行うためには、光源１からの照明光における各原色成分光の中心波長からの半値幅は、極力狭い方が望ましい。また、体積ホログラム２ａの性質上、図３に示すように、波長により照明光の入射角度を変えると、さらに集光効率を上げることができる。
【００６５】
これらのことから、カラーフィルタ２として体積型ホログラム２ａを用いる場合には、照明光として、白色光ではなくレーザ光を用いることが望ましい。照明光としてレーザ光を用いることにより、照明光の分光特性が理想的な複数の単色光となり、また、各波長の照明光の入射角度をそれぞれ最適角度とすることができ、体積ホログラム２ａの特徴を利用した良好な分光を行うことができる。
【００６６】
ところで、カラーフィルタ２は、図１に示すように、駆動機構３により面内方向に往復移動操作されるため、反射型液晶表示デバイス６に対する相対位置がずれることになるため、反射型液晶表示デバイス６内に組み込むことはできない。体積ホログラム２ａによって分光された各原色成分光が結像される位置間の距離は、図３に示すように、反射型液晶表示デバイス６における画素ピッチのせいぜい数倍程度であり、体積ホログラム２ａと反射型液晶表示デバイス６とを離間させて配置した場合には、図１に示すように、カラーフィルタ２の位置に体積ホログラム２ａを配置し、この体積ホログラム２ａと反射型液晶表示デバイス６との間にリレーレンズ４を介することにより、各画素６ａ上に各原色成分光を結像させることができる。
【００６７】
なお、この第２の実施の形態のように、カラーフィルタ２として体積ホログラム２ａを用いる場合には、駆動機構３は、この体積ホログラム２ａを面内方向に往復移動操作するものに限定されず、カラーフィルタ２を傾斜させるものであってもよい。この場合には、駆動機構３は、体積ホログラム２ａを傾斜なく保持する状態、一方側に傾斜させて保持する状態、及び、他方側に傾斜させて保持する状態を順次繰り返すことになる。
【００６８】
〔第３の実施の形態〕
図４は、本発明に係る第３の実施の形態における表示装置の構成を示す断面図である。
【００６９】
本発明に係る表示装置における色分解手段として、各原色成分光を異なる射出角度で射出させるものを用いた場合において、これら各原色成分光は、図４に示すように、マイクロレンズ８を介して反射型液晶表示デバイス６における各画素６ａに入射させることができる。
【００７０】
この場合には、光源１からの照明光の入射角度を変化させることにより、反射型液晶表示デバイス６の各画素６ａに対して、各原色成分光を順次入射させることができる。
【００７１】
各マイクロレンズ８は、反射型液晶表示デバイス６の入射面に形成されており、各原色成分光が角度Ａから反射型液晶表示デバイス６に入射することにより、各画素６ａ上に各原色成分光が集光される。そして、照明光の入射角度が変化し、各原色成分光が角度Ｂから反射型液晶表示デバイス６に入射するときには、各画素６ａ上には、各原色成分光が一画素ピッチ分ずれて集光される。このようにして、反射型液晶表示デバイス６の各画素６ａには、各原色成分光が順次入射される。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明に係る第１の実施の形態における表示装置の構成を示す断面図である。
【図２】本発明に係る第１の実施の形態における表示装置の動作原理を示す断面図である。
【図３】本発明に係る第２の実施の形態における表示装置のフィルタの構成の原理を示す断面図である。
【図４】本発明に係る第３の実施の形態における表示装置の構成を示す断面図である。
【図５】反射型の液晶表示デバイスを用いた従来の表示装置の構成を示す側面図である。
【図６】液晶表示デバイスにおける１つの画素を示す等価回路図である。
【図７】液晶表示デバイスの要部の構成を示す拡大断面図である。
【図８】「フィールドシーケンシャル方式」の動作原理を示す斜視図である。
【図９】「カラーフィルタを用いた単板方式」における表示素子の構成を示す断面図である。
【図１０】「フィールドシーケンシャル方式」における表示素子の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００７３】
１ 光源
２ カラーフィルタ
２ａ 体積ホログラム
３ 駆動機構
４ リレーレンズ
５ ビームスプリッタ
６ 反射型液晶表示デバイス
７ 投射レンズ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも３つの原色成分を含む照明光を発する光源と、
前記光源からの照明光を少なくとも３つの原色成分に色分解する色分解手段と、
前記色分解手段を経た原色光により照明され、供給される画像データに応じて照明光を変調する空間光変調素子と、
前記空間光変調素子を経た変調光を結像させる結像手段と
を備え、
前記色分解手段は、前記照明光から色分解した各原色成分光を前記空間光変調素子の表示画素領域に入射させるとともに、前記画像データの１フレーム期間内において、前記空間光変調素子の各画素に対して全ての原色成分光を順次入射させ、
前記空間光変調素子は、各画素に入射された原色成分光に応じた画像データに基づく変調を各画素において行う
ことを特徴とする表示装置。
【請求項２】
前記色分解手段は、前記各原色成分光のいずれかを透過させる複数の色フィルタからなりこれら色フィルタが前記空間光変調素子における各画素に対応されたカラーフィルタを有し、このカラーフィルタを前記画像データの１フレーム期間を周期として、駆動手段により面内方向に移動操作させることによって、前記空間光変調素子の各画素に対して全ての原色成分光を順次入射させる
ことを特徴とする請求項１記載の表示装置。
【請求項３】
前記色分解手段は、前記各原色成分光を異なる射出角度で射出させるとともに、これら原色成分光をマイクロレンズを介して前記空間光変調素子における各画素に入射させ、前記各原色成分光の射出角度を、前記画像データの１フレーム期間を周期として、変化させることによって、前記空間光変調素子の各画素に対して全ての原色成分光を順次入射させる
ことを特徴とする請求項１記載の表示装置。
【請求項１】
少なくとも３つの原色成分を含む照明光を発する光源と、
前記光源からの照明光を少なくとも３つの原色成分に色分解する色分解手段と、
前記色分解手段を経た原色光により照明され、供給される画像データに応じて照明光を変調する空間光変調素子と、
前記空間光変調素子を経た変調光を結像させる結像手段と
を備え、
前記色分解手段は、前記照明光から色分解した各原色成分光を前記空間光変調素子の表示画素領域に入射させるとともに、前記画像データの１フレーム期間内において、前記空間光変調素子の各画素に対して全ての原色成分光を順次入射させ、
前記空間光変調素子は、各画素に入射された原色成分光に応じた画像データに基づく変調を各画素において行う
ことを特徴とする表示装置。
【請求項２】
前記色分解手段は、前記各原色成分光のいずれかを透過させる複数の色フィルタからなりこれら色フィルタが前記空間光変調素子における各画素に対応されたカラーフィルタを有し、このカラーフィルタを前記画像データの１フレーム期間を周期として、駆動手段により面内方向に移動操作させることによって、前記空間光変調素子の各画素に対して全ての原色成分光を順次入射させる
ことを特徴とする請求項１記載の表示装置。
【請求項３】
前記色分解手段は、前記各原色成分光を異なる射出角度で射出させるとともに、これら原色成分光をマイクロレンズを介して前記空間光変調素子における各画素に入射させ、前記各原色成分光の射出角度を、前記画像データの１フレーム期間を周期として、変化させることによって、前記空間光変調素子の各画素に対して全ての原色成分光を順次入射させる
ことを特徴とする請求項１記載の表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００９−８６３７７（Ｐ２００９−８６３７７Ａ）
【公開日】平成２１年４月２３日（２００９．４．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２５６８９８（Ｐ２００７−２５６８９８）
【出願日】平成１９年９月２８日（２００７．９．２８）
【出願人】（０００００４３２９）日本ビクター株式会社 (3,896)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年４月２３日（２００９．４．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年９月２８日（２００７．９．２８）
【出願人】（０００００４３２９）日本ビクター株式会社 (3,896)
【Ｆターム（参考）】
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